[发明专利]磁性随机存储器的磁性隧道结结构

说明书

本申请提供一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，所述磁性隧道结结构包括多层晶格转换层，实现具有面心立方晶体结构的反铁磁层到具有体心立方堆积参考层之间的晶格转换和强铁磁耦合，有利于磁性隧道结单元在磁学，电学和良率的提升以及器件的缩微化。

技术领域

本发明涉及存储器技术领域，特别是关于一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构。

背景技术

磁性随机存储器(Magnetic random access memory，MRAM)在具有垂直各向异性(Perpendicular Magnetic Anisotropy；PMA)的磁性隧道结(Magnetic tunnel junction；MTJ)中，作为存储信息的自由层，在垂直方向拥有两个磁化方向，即：向上和向下，分别对应二进制中的“0”和“1”或者“1”和“0”，在实际应用中，在读取信息或者空置的时候，自由层的磁化方向会保持不变；在写的过程中，如果与现有状态不相同的信号输入时，则自由层的磁化方向将会在垂直方向上发生一百八十度的翻转。磁随机存储器的自由层磁化方向保持不变的能力叫做数据保存能力或者是热稳定性，在不同的应用情况中要求不一样，对于一个典型的非易失存储器(Non-volatile Memory，NVM)而言，数据保存能力要求是在125℃的条件下可以保存数据十年，在外磁场翻转，热扰动，电流扰动或读写多次操作时，都会造成数据保持能力或者是热稳定性的降低。在实际应用中,MRAM的数据保存能力还和参考层的稳定性强相关，通常采用反铁磁层来实现参考层的钉扎。反铁磁层通常含有两层具有强烈垂直各向异性的超晶格铁磁层，通过一层钌以实现双层超晶格铁磁层的反铁磁耦合。参考层外加反铁磁层的设计，可以降低漏磁场对自由层的影响，然而，在目前结构中，仍较难满足超小型MRAM器件对漏磁场的要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，实现参考层钉扎、晶格转换、降低/避免“去铁磁耦合”的情形。

本申请的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本申请提出的一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，由上至下结构包括自由层(Free Layer；FL)、势垒层(Tunneling Barrier Layer，TBL)、参考层(ReferenceLayer，RL)、晶格转换层(Crystal Transfer Layer，CTL)、反铁磁层(Synthetic Anti-Ferromagnet Layer，SyAF)与缓冲层(Buffer Layer；BL)，其中，所述晶格转换层包括：第一转换子层，即交换耦合保持层，由铁磁材料形成；第二转换子层，即非连续阻挡层，设置于所述第一转换子层上，由低电负性的金属材料、或其氧化物或氮化物形成,厚度为不足以形成连续原子层；第三转换子层，即中间磁耦合层，设置于所述第二转换子层上，由铁磁材料形成；以及，第四转换子层，即体心晶格促进层，设置于所述第三转换子层上，由高电负性的具有体心晶体结构的过渡金属形成；其中，所述磁性隧道结包括的四个晶格转换子层，进行所述反铁磁层与所述参考层之间的晶格转换和强铁磁耦合。

本申请解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

在本申请的一实施例中，所述第一转换子层的材料为钴，所述第一转换子层的厚度为0.2纳米至0.5纳米间。

在本申请的一实施例中，所述第一转换子层沉积之后，通过加热工艺、冷凝工艺、辐照工艺与等离子工艺中至少其一进行后处理。

在本申请的一实施例中，所述加热工艺的温度范围为摄氏100度至400度之间。

在本申请的一实施例中，所述冷凝工艺的温度范围为摄氏-263度至0度之间。

在本申请的一实施例中，所述辐照工艺的波长为100纳米至～3000纳米之间。

在本申请的一实施例中，所述等离子工艺为反应离子刻蚀工艺、离子束刻蚀工艺或气体团簇离子束工艺。